[发明专利]坡缕石硅烷交联剂制备及其在低密度聚乙烯交联中的应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，涉及一种用于高分子材料改性的交联剂，尤其涉及一种坡缕石黏土交联剂及其制备，主要用于低密度聚乙烯的交联反应中。

背景技术

交联剂是指在一定条件下能将单体、线型高分子或预聚物转变成三维网状结构的物质，以提高强度、耐热性、耐磨性、耐溶剂性及抗燃烧性能。主要用于高分子材料的制备和改性。

交联剂主要分为外交联剂和内交联剂。外交联剂是指在使用前加入，然后在室温、加热或辐照下发生交联反应，主要包括多异氰酸酯、多元胺类、多元醇类、缩水甘油醚、无机物、有机物、有机硅类、苯磺酸类、丙烯酸酯类、有机过氧化物、金属有机化合物、氮丙啶类、多功能聚碳化二亚胺类交联剂、封闭型交联剂、异氰酸酯类交联剂等。内交联剂指作为一种单体在聚合时进人大分子结构链内，或者作为一个组分加入到胶黏剂中，能够稳定储存，只有在加热到一定温度或辐射条件才能发生交联反应。常用的内交联剂有烯类单体，如丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、二乙烯基苯、N-羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺。在高分子材料的制备中，外交联剂使用最为广泛，但目前外交联剂使用过程中存在对环境不友好，成本高，交联程度低等问题，例如，在交联低密度聚乙烯制备过程中，利用乙烯基三乙氧基硅烷为交联剂，添加量一般为单体的4%以上，但交联后材料的力学性能改变程度较低。

随着市场对高性能高分子材料的需求量逐年增长的趋势，高分子材料交联剂的用量也在逐年增加，尤其是环境友好，性价比高的交联剂更是供不应求，因此开发一种高效率环境友好交联剂具有良好的市场前景。坡缕石黏土是天然环境友好无机矿物，近年来其在高分子材料中的应用已非常广泛，尤其是在制备阻燃剂方面得到了很好的应用和效果，但是以坡缕石黏土制备交联剂的应用尚未见报道和市场流通。

发明内容

本发明的目的是利用坡缕石黏土的结构和特性，提供一种坡缕石黏土基交联剂。

（一）坡缕石硅烷交联剂制备

本发明坡缕石硅烷交联剂的制备方法，包括以下工艺步骤：

（1）硅烷交联剂的酸处理：将硅烷交联剂加入到无水乙醇中用冰醋酸调节pH=3~3.5，常温搅拌0.2~1 h，得到酸化的硅烷交联剂；所述硅烷与无水乙醇体积比为1:5~1:15。所述硅烷交联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；

（2）坡缕石的活化：将坡缕石黏土加入到质量百分数5~10%的 NaOH溶液中，在45~65 ℃下磁力搅拌12~48 h，然后用蒸馏水洗涤至中性，离心，干燥，得活化的坡缕石，研磨待用；

（3）坡缕石硅烷交联剂的制备：将活化的坡缕石分散在乙醇-水混合液中（乙醇与水体积比为15:1~25:1，坡缕石黏土与乙醇-水混合液的质量体积比为1:10~1:25（g: mL），超声分散15~40 min，然后加入上述酸化的硅烷交联剂（硅烷交联剂的添加量为坡缕石黏土质量的0.5%~5%），常温下搅拌反应12~24h，离心，干燥，然后在二甲苯溶液中索氏提取24~48 h；索氏提取完成后，干燥，研磨，即得坡缕石接枝硅烷交联剂。

（二）坡缕石黏土基交联剂的表征

1.      红外吸收光谱分析

图1 为本发明坡缕石黏土基交联剂及原料的红外表征图。其中a是乙烯基三甲氧基硅烷红外光谱曲线，b是黏土交联剂红外光谱曲线，c表示的是黏土原矿红外光谱曲线。由图1可以看出，经过索氏提取后，坡缕石黏土交联剂中1656cm^-1仍然出现了C=C的伸缩振动吸收峰，在1092 cm^-1处出现了Si-O-CH₃的伸缩振动吸收峰，3402 cm^-1处坡缕石黏土上-OH的伸缩振动峰强度减弱。证明硅烷交联剂成功接枝到坡缕石黏土表面，并且在黏土基交联剂上仍然存在Si-O-CH₃基团，这也说明本发明在制备黏土基交联剂的过程中，对硅烷交联剂的水解控制非常精确，不仅使其接枝到坡缕石黏土表面，也保留了部分活性交联基团。

2、扫描电镜分析

图 2 黏土原矿和黏土交联剂的扫描电镜图（在有机溶剂中分散后完成的）。其中A是黏土原矿的扫描电镜图，B是坡缕石黏土交联剂的扫描电镜图。从图 2中可以看出，黏土基交联剂的分散性有所提高，这也证明了黏土表面接枝了大量有机物（即本发明中的硅烷交联剂）。

（三）坡缕石黏土基交联剂的应用

1、低密度交联聚乙烯的制备